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文檔簡(jiǎn)介
水泥攪拌樁在河道護(hù)岸邊坡穩(wěn)定處理的應(yīng)用
摘要:水泥攪拌樁是加固飽和軟土地基的一種成熟方法,它在現(xiàn)代河道護(hù)岸工程軟土地基中提高其豎向承載力、水平抗剪切強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角的應(yīng)用也非常的廣泛,從某種意義上來(lái)看,水泥攪拌樁設(shè)計(jì)方案及施工技術(shù)質(zhì)量控制,直接關(guān)系著整個(gè)河道護(hù)岸工程的質(zhì)量。本文將以樂(lè)清灣港區(qū)北區(qū)河道工程軟基處理為例,就水泥攪拌樁技術(shù)在提高河道護(hù)岸整體穩(wěn)定的應(yīng)用,談一下自己的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí),以供參考。
關(guān)鍵詞:河道護(hù)岸工程;水泥攪拌樁;邊坡穩(wěn)定;應(yīng)用;研究
1工程概述
1.1工程概況
本片河道整治涉及臨港北河、前塘河、里岙河和高嵩河四條河道,均為新挖河道,河道總長(zhǎng)5317m,其河道規(guī)模如表1所示。
區(qū)域河道規(guī)模
表1
河道名稱(chēng)
河道長(zhǎng)度(m)
河道寬度(m)
河底高程(m)
后側(cè)建基面高程(m)
臨港北河
3290
60
-1.5
4.3
前塘河
480
50
-1.5
4.3
里岙河
635
50
-1.5
4.3
高嵩河
912
60
-1.5
4.3
1.2區(qū)域地質(zhì)概況
本工程位于樂(lè)清市區(qū)東北沿海,擬建場(chǎng)地地基土在勘察深度內(nèi)共有3個(gè)工程地質(zhì)層,其中
=3\*GB3
③
細(xì)分為3個(gè)工程地質(zhì)亞層,分別為:
=3\*GB3
③
-1淤泥質(zhì)粘土、
=3\*GB3
③
-2淤泥、
=3\*GB3
③
-3淤泥,如表2所示。
土體強(qiáng)度表
表2
土層
編號(hào)
土層名稱(chēng)
快剪
固快
抗剪強(qiáng)度
C(kpa)
內(nèi)摩擦角
φ(o)
抗剪強(qiáng)度
C(kpa)
內(nèi)摩擦角
φ(o)
③-1
淤泥質(zhì)粘土
12.0
3.5
12.4
10.2
③-2
淤泥
6.1
2.1
8.2
8.5
③-3
淤泥
9.1
3.2
11.7
10.5
1.3河道斷面
墻頂高程取為2.2m,基礎(chǔ)底板頂高程取為0.7m,基礎(chǔ)外側(cè)設(shè)寬度不小于4.0m的護(hù)腳平臺(tái),并以1:5.0邊坡與設(shè)計(jì)河底高程-1.50m連接。后側(cè)布置斜坡綠化帶填高至4.3m。
圖1河道標(biāo)準(zhǔn)斷面
1.4河道護(hù)岸邊坡穩(wěn)定分析
圖2擋墻非常運(yùn)行工況整體穩(wěn)定計(jì)算圖
根據(jù)上述整體穩(wěn)定計(jì)算圖可知,擋墻后側(cè)填土高程為4.3m,設(shè)計(jì)河底高程為-1.5m,河道斷面的豎向落差為5.8m,其非常運(yùn)行工況整體穩(wěn)定不滿足其規(guī)范規(guī)定的要求。其原因?yàn)楹拥罃嗝尕Q向落差較大和擋墻以下淤泥質(zhì)土層水平抗剪強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角較小,行之有效的方法為提高其土層的水平抗剪強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角。軟土地基經(jīng)過(guò)水泥攪拌樁加固形成的復(fù)合地基,其打設(shè)水泥攪拌樁范圍內(nèi)土層的水平抗剪強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角能得到有效的提高,提高其邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)。
2水泥攪拌樁對(duì)工程地質(zhì)勘察的要求
對(duì)擬采用水泥攪拌樁處理河道護(hù)岸邊坡穩(wěn)定的水利工程,除了一般的工程地質(zhì)勘察要求外,還需要查明:
=1\*GB3
①
、護(hù)岸基礎(chǔ)土層的層厚和物質(zhì)組成,尤其是大塊物質(zhì)(如石塊和樹(shù)根等)的大小和含量;
=2\*GB3
②
、土的含水量:當(dāng)攪拌樁水泥配比一樣時(shí),其內(nèi)摩擦角和水平抗剪強(qiáng)度隨土體的天然含水量的降低而增大;
=3\*GB3
③
、有機(jī)質(zhì)含量:土體有機(jī)質(zhì)含量較高會(huì)阻礙水泥水化反應(yīng),影響攪拌樁水泥土的內(nèi)摩擦角和水平抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)。故對(duì)有機(jī)質(zhì)含量較高的填土和吹填土應(yīng)予慎重考慮;
=4\*GB3
④
、水質(zhì)分析:對(duì)土體地下水的酸堿度(PH值)及硫酸鹽含量等進(jìn)行分析,以判斷地下水對(duì)水泥侵蝕性的影響;
=5\*GB3
⑤
、塑性指數(shù):當(dāng)?shù)鼗恋乃苄灾笖?shù)Ip>25時(shí),水泥和地基土不容易攪拌均勻。
3水泥攪拌樁加固原理
深層水泥攪拌樁加固的基本原理是水泥攪拌樁加固土的物理化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。在水泥攪拌樁加固土中,由于水泥的摻入量很?。▋H占被加固土重的7%~20%),水泥水解和水化反應(yīng)完全是在有一定活性的介質(zhì)—土體的圍繞下進(jìn)行。水泥攪拌樁土體的硬化速度緩慢且作用較復(fù)雜,其內(nèi)摩擦角和水平抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)的過(guò)程遠(yuǎn)比混凝土緩慢。其加固過(guò)程分別為:
=1\*GB3
①
水泥的水解和水化反應(yīng);
=2\*GB3
②
土體顆粒與水泥水化物的作用;
=3\*GB3
③
碳化作用。
4河道護(hù)岸邊坡穩(wěn)定軟基處理中的水泥攪拌樁施工技術(shù)
水泥攪拌樁施工技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,已形成噴漿和噴粉兩種深層攪拌施工技術(shù),由于所使用的固化劑狀態(tài)不同,即噴漿型深層攪拌法的固化劑是水泥漿液;而噴粉攪拌法的固化劑是水泥干粉。由于噴粉攪拌樁施工質(zhì)量較難控制,一般采用噴漿型深層攪拌法。
4.1噴漿水泥攪拌樁施工工藝
圖3噴漿型深層水泥攪拌樁施工順序
噴漿型深層攪拌的施工順序如圖3所示:
=1\*GB3
①
、定位:起重機(jī)(或塔架)懸吊攪拌機(jī)到達(dá)指定樁位,對(duì)中;
=2\*GB3
②
、預(yù)攪下沉:待深層攪拌機(jī)的冷卻水循環(huán)正常后,啟動(dòng)攪拌樁電機(jī),放松起重機(jī)鋼絲繩,使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架攪拌切土下沉,下沉速度可由電流監(jiān)測(cè)表控制;
=3\*GB3
③
、制備水泥漿:待深層攪拌機(jī)下沉一定深度時(shí),即開(kāi)始按設(shè)計(jì)確定的配合比拌制水泥漿,待壓漿前將水泥漿倒入集料斗中;
=4\*GB3
④
、噴漿攪拌提升:深層攪拌機(jī)下沉到設(shè)計(jì)深度后,開(kāi)啟灰漿泵將水泥漿壓入地基中,邊噴漿邊旋轉(zhuǎn),同時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)確定的提升速度提升攪拌機(jī);
=5\*GB3
⑤
、重復(fù)攪拌下沉和提升:攪拌機(jī)提升至設(shè)計(jì)加固深度的頂面標(biāo)高時(shí),集料斗中的水泥漿應(yīng)正好排空;
=6\*GB3
⑥
、清洗:向集料斗中注入適量的清水,開(kāi)啟灰漿泵,清洗全部管路中殘存的水泥漿,直至清洗干凈;
=7\*GB3
⑦
、移位:將攪拌機(jī)移位,重復(fù)上述
=1\*GB3
①
~
=6\*GB3
⑥
步驟,進(jìn)行下一根水泥攪拌樁的施工。
4.2噴漿水泥攪拌樁施工中常見(jiàn)的問(wèn)題和處理方法
噴漿水泥攪拌樁施工中常見(jiàn)的問(wèn)題和處理方法如表3所示:
噴漿水泥攪拌樁施工中常見(jiàn)問(wèn)題和處理方法
表3
常見(jiàn)問(wèn)題
發(fā)生原因
處理方法
預(yù)攪下沉困難,電流值高,電機(jī)跳閘
=1\*GB3
①
電壓偏低
=2\*GB3
②
土質(zhì)硬,阻力過(guò)大
=3\*GB3
③
遇大石塊、樹(shù)根等障礙物
=1\*GB3
①
增加電壓
=2\*GB3
②
適量沖水或漿液
=3\*GB3
③
挖除障礙物
攪拌機(jī)下不到預(yù)定深度,但電流不高
土體粘性大,攪拌機(jī)自重不足
增大攪拌機(jī)重量或開(kāi)動(dòng)加壓裝置
噴漿未到設(shè)計(jì)樁頂面(或底部樁端)標(biāo)高,集料斗水泥漿已排空
=1\*GB3
①
投料不準(zhǔn)確
=2\*GB3
②
灰漿泵損壞漏漿
=3\*GB3
③
灰漿泵輸漿量偏大
=1\*GB3
①
重新確定投料量
=2\*GB3
②
檢修灰漿泵
=3\*GB3
③
重新確定灰漿輸漿量
噴漿到設(shè)計(jì)樁頂面(或底部樁端)標(biāo)高,集料斗中剩漿過(guò)多
=1\*GB3
①
拌漿加水過(guò)量
=2\*GB3
②
投料不準(zhǔn)確
=3\*GB3
③
輸漿管路阻塞
=1\*GB3
①
重新標(biāo)定拌漿用水量
=2\*GB3
②
重新確定投料量
=3\*GB3
③
清洗輸漿管路
輸漿管堵塞爆裂
=1\*GB3
①
輸漿管內(nèi)有水泥結(jié)塊
=2\*GB3
②
噴漿口球閥間隙太小
=1\*GB3
①
拆洗輸漿管
=2\*GB3
②
使噴漿口球閥間隙適當(dāng)
攪拌鉆頭和混合土同步旋轉(zhuǎn)
=1\*GB3
①
灰漿濃度過(guò)大
=2\*GB3
②
攪拌葉片角度不適宜
=1\*GB3
①
重新標(biāo)定漿液水灰比
=2\*GB3
②
調(diào)整葉片角度或更換鉆頭
5河道工程軟基處理中的水泥攪拌樁技術(shù)應(yīng)用效果
5.1噴漿水泥攪拌樁場(chǎng)地適應(yīng)性分析
水泥攪拌樁對(duì)場(chǎng)地適應(yīng)性有很高的要求,如
=1\*GB3
①
場(chǎng)地內(nèi)有無(wú)大塊石和樹(shù)根;
=2\*GB3
②
土的含水量;
=3\*GB3
③
土的有機(jī)質(zhì)含量;
=4\*GB3
④
地下水的PH值;
=5\*GB3
⑤
土的塑性指數(shù)。
樂(lè)清灣港區(qū)北區(qū)河道工程場(chǎng)地地質(zhì)條件如表4所示:
場(chǎng)地地質(zhì)條件概況表
表4
項(xiàng)目
有無(wú)障礙物
土的含水量
土的有機(jī)物含量
地下水PH值
土的塑性指數(shù)
淤泥質(zhì)粘土
無(wú)
48.2%
無(wú)
6.7
20.7%
淤泥
無(wú)
68.1%
無(wú)
6.8
24.6%
淤泥
無(wú)
65.6%
無(wú)
6.8
23.2%
根據(jù)上述場(chǎng)地地質(zhì)條件,場(chǎng)地三個(gè)土層五個(gè)地質(zhì)條件對(duì)水泥攪拌樁的適用性分析如下所示:
=1\*GB3
①
、場(chǎng)地內(nèi)無(wú)障礙物水泥攪拌樁可以順利打設(shè);
=2\*GB3
②
、土的含水量在布置水泥攪拌樁的范圍內(nèi);
=3\*GB3
③
、土中無(wú)有機(jī)物含量,不會(huì)影響水泥的水化反應(yīng)而影響其加固土的強(qiáng)度;
=4\*GB3
④
、水泥攪拌樁處理的淤泥地質(zhì)土層地下水的PH值為弱酸性,不會(huì)侵蝕水泥攪拌樁;
=5\*GB3
⑤
、土體的塑性指數(shù)相對(duì)較小,不會(huì)影響水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量。故本河道工程軟土地基處理采用噴漿水泥攪拌樁較適用。
5.2噴漿水泥攪拌樁技術(shù)在樂(lè)清灣港區(qū)北區(qū)河道工程應(yīng)用效果
根據(jù)相關(guān)水泥土抗剪強(qiáng)度采用直接快剪和三軸不排水剪切試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定,其試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。
水泥土直剪試驗(yàn)結(jié)果表
表5
天然土樣試驗(yàn)
水泥摻量
aw
(%)
水泥土
齡期
T
(d)
水泥土試驗(yàn)
無(wú)側(cè)限抗
壓強(qiáng)度
qu
(kpa)
抗剪強(qiáng)度
無(wú)側(cè)限抗
壓強(qiáng)度
qu
(kpa)
抗剪強(qiáng)度
黏聚力
C
(kpa)
內(nèi)摩擦角
φ
(o)
黏聚力
C
(kpa)
內(nèi)摩擦角
φ
(o)
37
14
14
10
28
633
161
26.5
10
90
1124
271
31
15
28
1315
289
32
根據(jù)上述試驗(yàn)表明:當(dāng)水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu在0.61MPa~3MPa的范圍內(nèi),其黏聚力c與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu的20%~30%之間,其內(nèi)摩擦角φ變化在20o~30o之間。
查找相關(guān)資料表明,濱海相沉積淤泥經(jīng)處理形成水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1000kpa(90d),7d水泥土強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的30%,30d為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的60%。根據(jù)《地基處理手冊(cè)(第三版)》(龔曉楠主編),按下式計(jì)算復(fù)合土體強(qiáng)度:
式中:
—天然土體強(qiáng)度指標(biāo),計(jì)算中取快剪指標(biāo);
—樁身強(qiáng)度指標(biāo);
m—土體置換率。
本工程計(jì)算土體指標(biāo)根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)勘察資料進(jìn)行選用。水泥摻入量可根據(jù)要求選用7%~20%,現(xiàn)初步擬定水泥摻入量為15%,該河道工程軟基處理過(guò)程中,水泥土抗剪強(qiáng)度采取抗壓強(qiáng)度的20%,為200kpa,內(nèi)摩擦角取定20o。水泥攪拌樁樁間距為1.3m,攪拌樁面積置換率m取16.7%,加固區(qū)位于淤泥層內(nèi),該土層加固后復(fù)合土體強(qiáng)度指標(biāo)如表6所示。
加固區(qū)內(nèi)復(fù)合土體強(qiáng)度表
表6
土層編號(hào)
土層名稱(chēng)
快剪
固快
抗剪強(qiáng)度
C(kpa)
內(nèi)摩擦角
φ(o)
抗剪強(qiáng)度
C(kpa)
內(nèi)摩擦角
φ(o)
③-1
淤泥質(zhì)粘土
40.2
6.1
40.5
11.7
③-2
淤泥
35.2
7.5
37.2
10.3
③-3
淤泥
37.7
8.4
39.9
12.0
設(shè)計(jì)計(jì)算取值
37.0
6.9
38.5
11.2
有關(guān)水泥土抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)表明,當(dāng)水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu在0.61~3.0MPa的范圍內(nèi),其黏聚力比天然土的大10~20倍,內(nèi)摩擦角增加一倍左右。通過(guò)水泥攪拌樁在不同處理位置、不同處理范圍和不同處理深度進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算,綜合考慮工程投資,水泥攪拌樁在河道擋墻底側(cè)位置,寬9.1m范圍,處理深度為16m,樁間距為1.3m,其河道整體穩(wěn)定能滿足規(guī)范要求。地基基礎(chǔ)經(jīng)過(guò)水泥攪拌樁處理后,整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果如下圖所示。
圖4水泥攪拌樁處理后非常運(yùn)行工況整體穩(wěn)定
6結(jié)語(yǔ):樂(lè)清灣港區(qū)北區(qū)
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